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樊小林教授課題組發表木質素基緩/控釋肥料研究進展綜述論文

發布(bu)者: 加拿大pc官(guan)網發布時間: 2020-06-10瀏覽次數: 888


近日(ri),加拿大pc加拿大pc官網樊小林教(jiao)授課題組在(zai)國際主(zhu)流學術期刊ChemSusChem(化學1區,IF=8.13)在線發表了題為“Research Progress in Lignin‐Based Slow/Controlled Release Fertilizer的綜述(shu)論(lun)文,總結(jie)了以(yi)價格低廉且環境友(you)好的工業木質素為原料制備緩/控釋肥(fei)料(liao)的方法和原理,并進行(xing)了(le)展望。論文一經發表,先后(hou)受(shou)邀在BioArt植物、土(tu)壤(rang)觀察、生物質前言、AdvancedScienceNews多個權(quan)威微信公眾號進行報道。(DOI: 10.1002/cssc.202000455,論文鏈接(jie)地址為: )。



化肥(fei)是糧(liang)(liang)食的(de)“糧(liang)(liang)食”,化肥(fei)的(de)使用為(wei)我(wo)國(guo)糧(liang)(liang)食連(lian)續(xu)豐收立下“汗(han)馬功勞”。然而(er),我(wo)國(guo)化肥(fei)使用存在過量(liang)使用、盲目(mu)使用的(de)問題,不但損耗基礎地力,增加(jia)種糧(liang)(liang)成本,而(er)且危及農產品質量(liang)安全,總量(liang)控(kong)制、科學施肥(fei)勢(shi)在必行。其(qi)中,就(jiu)如何提高(gao)傳統(tong)肥料(liao)利用率,減少環境污染(ran)是目前國內外農業生產中亟待解決的問題(ti)。研究表明,盡管可以從新品(pin)種培育、施肥(fei)技術改進等多(duo)種(zhong)途徑提高肥料利用率但其無法大范圍應用(yong)于(yu)多種作物和土壤環境。事(shi)實上(shang),從改造肥(fei)料的保(bao)肥(fei)供(gong)肥(fei)性能來(lai)講,如研制緩/控釋肥(fei),則是解(jie)決肥(fei)料(liao)利用率低和(he)有效防止肥(fei)料(liao)環境(jing)污染(ran)的有效途徑(jing)。當前限制緩(huan)/控釋(shi)肥(fei)料(liao)研發和推廣應用的卡脖(bo)子問(wen)題(ti)在于成本高,其科學問(wen)題(ti)在于廉價優質(zhi)材料(liao)的合理構(gou)建,即(ji)如何采用價格低廉且(qie)環境(jing)友好的材料(liao)制備出緩/控釋肥料(liao)(liao)。木質素(su),一種理想的(de)制備(bei)新型材料(liao)(liao)基料(liao)(liao),尤其是(shi)在(zai)緩/控釋肥料領域(yu)。此外,木質素作(zuo)為一類植物源有機高分(fen)子聚合物,可以(yi)改善土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)物化性(xing)(xing)質,例(li)如改良土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)結構,促進團粒結構的形成,從而(er)增加土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)的疏松性(xing)(xing),改善土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)的通氣性(xing)(xing)和透(tou)水(shui)性(xing)(xing)。在干旱(han)區(qu),有機質通過改善土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)粘性(xing)(xing),降低土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)的脹縮性(xing)(xing),防止土(tu)(tu)壤(rang)(rang)(rang)(rang)干旱(han)時出現的大的裂(lie)隙。樊小林教授課題組綜述了(le)以(yi)木質素為原料制備緩/控(kong)釋肥(fei)料的研究(jiu)進展(zhan)和緩釋機理分(fen)析,并(bing)提出了(le)面臨的挑戰及對未來發展(zhan)的展(zhan)望,以期實(shi)現木質素在農(nong)業(ye)領域的增值。


樊小林(lin)教授(shou)課題組在介(jie)紹天然木質(zhi)素和工業木質(zhi)素化學結構(gou)的基礎上,總結了(le)以價格低廉且環境友好的工業木質(zhi)素為原料制(zhi)備緩(huan)/控釋(shi)肥料的(de)方法(fa),即(ji)化(hua)學修飾法(fa)(氨(an)化(hua)氧化(hua)、曼尼(ni)希反應等(deng))、包(bao)膜法(fa)(物理和化(hua)學)和螯(ao)合法(fa),討論(lun)了(le)不同(tong)制備方法(fa)對肥料養(yang)分(fen)釋(shi)放(fang)的(de)影響 (圖1。系(xi)統總(zong)結了不(bu)同化學修飾法將肥料元素(su)NPK接(jie)枝(zhi)到(dao)木(mu)質(zhi)素(su)高分(fen)子結構中的機理,使其(qi)在土壤中緩慢降解(jie)達到(dao)養分(fen)緩慢釋放的目的。對采用不同物理和化學法修飾木(mu)質(zhi)素(su)以研發出緩釋包(bao)膜(mo)(mo)層(ceng)進(jin)行分(fen)類和評(ping)估,并(bing)對其(qi)用于包(bao)膜(mo)(mo)顆粒(li)肥料制備的新(xin)型(xing)木(mu)質(zhi)素(su)基緩(huan)/控(kong)釋肥料的(de)養(yang)分釋(shi)放(fang)(fang)機理進(jin)行總結。此外,還總結了木質素作為一類富含羥基的(de)高(gao)分子化合物(wu)螯合金屬離子的(de)機理和效(xiao)果,以此制備(bei)螯合微肥,使其減緩微量元素在土壤中(zhong)的(de)釋(shi)放(fang)(fang)速(su)度,提高(gao)養(yang)分利用效(xiao)率。


1木質素基緩/控(kong)釋肥料的研(yan)發思路


最后,作(zuo)者(zhe)探討了以(yi)木質素制備(bei)緩/控釋肥料應(ying)用中所面臨的挑戰,并展望了未來的研究(jiu)方(fang)向。相對于其它兩種緩/控釋肥料而言以包(bao)膜涂層(ceng)形(xing)式(shi)研發的包(bao)膜緩/控釋肥料是最(zui)有前景的一種方(fang)法。包(bao)膜(mo)肥公認能(neng)明(ming)顯提高養(yang)分(fen)利(li)用率的(de)肥料,其由核心肥料與包(bao)膜(mo)層兩部分(fen)構成(cheng),其中疏水包(bao)膜(mo)層可(ke)以(yi)防止(zhi)肥料迅(xun)速溶解(jie)而流失(shi)(圖2)。此外,膜層上的微孔供(gong)水分(fen)進(jin)入包膜內溶解肥料(liao),以延(yan)緩養分(fen)釋放(fang),從而提高肥料(liao)的利用率(lv)減少養分流失(shi)和環境污染。同時包(bao)膜一次(ci)或少次(ci)施用而滿(man)足作物整個生育期的需求,適(shi)應了(le)現代農(nong)業勞(lao)動力(li)短缺對肥(fei)(fei)料和(he)施肥(fei)(fei)的(de)輕簡(jian)要求(qiu)


2 包膜肥延緩養分釋放的(de)機制


展(zhan)望: 木質(zhi)素研(yan)制(zhi)材料(liao)涉及領域(yu)(yu)(yu)廣泛,但主要集中于生物(wu)質(zhi)化學和材料(liao)領域(yu)(yu)(yu),很少有農業領域(yu)(yu)(yu)專(zhuan)家對(dui)其進行研(yan)究。因此(ci),以木質(zhi)素為原料(liao)制(zhi)備新型/控釋肥料需要化(hua)學、材料和(he)農業(ye)等等領域的研究人員(yuan)共同(tong)努力(li),以(yi)推進(jin)各個領域的共同(tong)發展。


論(lun)(lun)文(wen)的第一(yi)作者(zhe)為碩士研(yan)究生陳靜,論(lun)(lun)文(wen)的通訊作者(zhe)為孫少龍教授。該綜述論(lun)(lun)文(wen)得到了國家(jia)重點研(yan)發計劃項(xiang)目特色(se)經(jing)濟作物化肥農藥減施(shi)技(ji)術集成研(yan)究與示(shi)范(2018YFD0201100)和農業部國家(jia)(jia)香蕉產業技術體系崗位專家(jia)(jia)(CARS-31)項目的資(zi)助。


Chen, J., Fan, X. L, Zhang, L. D, Chen, X. J, Sun, S. L,* & Sun, R. C. (2020). Research progress in lignin‐based slow/controlled release fertilizer. ChemSusChem. DOI: 10.1002/cssc.202000455



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